Thermodynamics of weight loss diets

Thermodynamics of weight loss diets

Abstract

Background
It is commonly held that "a calorie is a calorie", i.e. that diets of equal caloric content will result in identical weight change independent of macronutrient composition, and appeal is frequently made to the laws of thermodynamics. We have previously shown that thermodynamics does not support such a view and that diets of different macronutrient content may be expected to induce different changes in body mass. Low carbohydrate diets in particular have claimed a "metabolic advantage" meaning more weight loss than in isocaloric diets of higher carbohydrate content. In this review, for pedagogic clarity, we reframe the theoretical discussion to directly link thermodynamic inefficiency to weight change. The problem in outline: Is metabolic advantage theoretically possible? If so, what biochemical mechanisms might plausibly explain it? Finally, what experimental evidence exists to determine whether it does or does not occur?
Results
Reduced thermodynamic efficiency will result in increased weight loss. The laws of thermodynamics are silent on the existence of variable thermodynamic efficiency in metabolic processes. Therefore such variability is permitted and can be related to differences in weight lost. The existence of variable efficiency and metabolic advantage is therefore an empiric question rather than a theoretical one, confirmed by many experimental isocaloric studies, pending a properly performed meta-analysis. Mechanisms are as yet unknown, but plausible mechanisms at the metabolic level are proposed.
Conclusions
Variable thermodynamic efficiency due to dietary manipulation is permitted by physical laws, is supported by much experimental data, and may be reasonably explained by plausible mechanisms.
Background
Carbohydrate restriction as a general strategy for weight loss continues to gain in popularity and its utility and generally protective effect in lipid profile and glycemic control continues to be demonstrated, at least in an experimental setting [1-4]. The subject nonetheless remains controversial. Those critics who grant efficacy of low carbohydrate diets nonetheless contend that they act strictly by caloric restriction and there is no special effect of carbohydrate reduction. Beyond caloric restriction, several studies have shown increased weight loss on low carbohydrate diets compared to isocaloric low fat diets, the so-called metabolic advantage (see table 2). Although no clear experimental error has been demonstrated, critics continue to maintain that something must be wrong because the laws of thermodynamics would be violated [5], that "a calorie is a calorie" [6] We have previously shown [2,7] that this is not correct and it is our intention here to review the fundamental physics underlying the phenomenon of metabolic advantage. An outline may be described: Can metabolic advantage happen? If so, what mechanisms might account for such a phenomenon? Does it, in fact, occur?
Table 2. Isocaloric low carbohydrate (CHO) vs. higher carbohydrate investigations
Metabolic advantage: can it happen?
We have previously presented arguments that there is no violation of physical principles [2,7] and, ironically, that suggesting a change in body mass to be independent of macronutrient composition would itself be a violation of the second law of thermodynamics [7]. Here, we reframe these arguments in a more pedagogically direct way and we provide simple examples.
The misunderstanding that continues to be repeated in the expression "a calorie is a calorie" appears to be exclusive reference to the first law of thermodynamics. The difficulty with this theoretical approach is that it is only part of the relevant physics and its relationship to biologic systems. The first law says that in any transformation the total energy in the system can be accounted for by the heat added to the system, the work done by the system on its environment and the change in energy content of all the components of the system. It is important to understand, however, that the first law does not say what the relative distribution between these effects will be for any process. In fact, the first law does not even allow us to say whether the process will occur at all. To understand the progress of a physical change it is necessary to understand the second law which introduces an entity known as the entropy, S, a measure of disorder in all processes. In all real (irreversible) processes, entropy increases, usually written ΔS > 0. The most common marker of increasing entropy is heat, although it is by no means the only evidence for increased entropy.
In systems at constant temperature and pressure (i.e. biologic systems)), the first and second law are combined in the Gibbs Free Energy, ΔG, which represents the maximum useful work that can be performed by the process. The actual process however, in general derives less useful work than permitted by the theoretically available ΔG due to inefficiency in energy capture. A proper accounting of entropy and efficiency must be included if we are to understand energy utilization in biological and biochemical systems.
Biological systems and thermodynamics
It is also important in the discussion of biological systems to understand that they are open systems, i.e. they take in nutrients and oxygen and excrete carbon dioxide, water, urea and other waste products, as well as heat. The importance with respect to weight considerations is that mass and energy are conserved (the more general statement of the first law of thermodynamics), but they are not conserved entirely within the organism.
To illustrate the proper interpretation of the first law of thermodynamics consider a subject whose resting energy expenditure is met by the production of 95 moles of ATP. Since oxidation of a single mole of glucose provides 38 moles of ATP, 2.5 moles of glucose will be needed to meet this individual's resting energy requirements. It is important to note that the resultant carbon dioxide, water, and heat are not retained within the organism. The useful retained energy is in the 95 moles of ATP (Figure 1B). (Similar equations could be written for lipid or protein but we restrict our discussion to glucose for simplicity).
Figure 1. A: Oxidation of glucose in a calorimeter is completely inefficient. The products of oxidation are carbon dioxide and water, and all of the energy produced is released as heat. 1B: To illustrate the proper interpretation of the first law of thermodynamics in living organisms we must consider that conservation of matter and energy includes excretion of products into the external environment. None of the products of oxidation (CO2 and H2O) remain within the organism. There is stoichiometric balance and no net weight change. Only the ATP, representing the useful energy, is retained. The wasted heat constitutes 60% of the energy of oxidation, while the efficiency is reflected in the retained ATP, available for reactions in the organism. Body fat stores are signified as TAG (triacylglycerol) 1C. A common way of thinking of weight loss is from reduction of caloric intake. If our subject ingests 2.3 moles of glucose (or equivalent lipid and/or protein) and produces only 90 moles of ATP, then homeostasis will enlist body stores of fat (and/or lean body mass) to yield the additionally required 5 moles ATP. The additional resultant CO2 and H2O (and heat) will be excreted (and radiated) leading to weight loss. 1D: If efficiency is reduced then our subject would have to eat more (e.g. 2.9 moles of glucose, or equivalent lipid/protein) to produce 95 moles of ATP and remain at the same weight. The additional CO2 and H2O produced will be excreted maintaining constant weight. 1E: Under conditions of reduced metabolic efficiency (from 40% to about 38% in this example), 90 moles of ATP will be produced from oxidation of 2.5 moles glucose (or equivalent lipid/protein). The remaining 5 moles ATP needed for homeostasis must be made up from oxidation of body stores of lipid or lean mass. This results in weight loss, exactly as it does for the example of reduced caloric intake (Figure 1C).
The illustration above can be compared to the oxidation of glucose in a calorimeter in which no useful energy is obtained and the total energy of oxidation is measured as the heat produced. This process is completely inefficient. A traditional (Atwater) value for glucose obtained in the calorimeter is approximately 4 kilocalories of energy per gram (Figure 1A). By contrast, the living organism above metabolizes and oxidizes glucose so that approximately forty percent of the energy of oxidation is retained as useful ATP (38 moles per mole of glucose)) whereas sixty percent is released as heat, the inefficiency in this mode of oxidation. The entropy (i.e. the second law of thermodynamics) shows up in this inefficiency. The calorimeter heat can no longer be interpreted in a simple way. The energy stored in useful ATP represents the efficiency of 40% (neglecting the difference in entropy between the structures of the products and reactants). This value approximates the efficiency for oxidation of carbohydrate as well as lipid, whereas proteins are generally oxidized at a lower value of approximately 30–35% (Figure 1B).
Summary of thermodynamics in living organism
1. The second law of thermodynamics dictates that there is an inevitable metabolic inefficiency in all biological and biochemical processes with heat and high entropy molecules (carbon dioxide, water, urea) as the most common products.
2. The first law of thermodynamics is satisfied in living (open) systems by properly accounting for the mass excreted and the heat radiated and exported in high entropy molecules.
Weight loss due to reduced caloric intake
The most common example of weight loss is reduction of caloric intake. At the risk of oversimplification, if our subject ingests fewer than 2.5 moles of glucose

ผลลัพธ์ (ไทย) 1:

อุณหพลศาสตร์ของอาหารลดน้ำหนักบทคัดย่อพื้นหลังโดยทั่วไปจัดว่า "แคลอรี่มีแคลอรี่", เช่นอาหารของแคลอริกเนื้อหาเท่านั้นจะส่งผลในการเปลี่ยนแปลงน้ำหนักเหมือนกันขึ้นอยู่กับองค์ประกอบ macronutrient และมักจะอุทธรณ์การกฎของอุณหพลศาสตร์ เราได้แสดงไว้ก่อนหน้านี้ว่า อุณหพลศาสตร์ไม่สนับสนุนมุมมองดังกล่าว และว่า อาหารเนื้อหา macronutrient ต่าง ๆ อาจคาดว่าจะก่อให้เกิดการเปลี่ยนแปลงต่าง ๆ ในร่างกายโดยรวม อาหารคาร์โบไฮเดรตต่ำโดยเฉพาะอย่างยิ่งมีอ้างเป็น "เผาผลาญประโยชน์" หมายถึง เพิ่มเติมน้ำหนักมากกว่าใน isocaloric อาหารคาร์โบไฮเดรตสูงเนื้อหา ในบทความนี้ สำหรับ pedagogic เรา reframe อภิปรายทฤษฎีการเชื่อมโยง inefficiency ขอบเปลี่ยนแปลงน้ำหนักโดยตรง ปัญหาในเค้าร่าง: ได้ประโยชน์จากการเผาผลาญตามหลักวิชาหรือไม่ ถ้าดังนั้น สิ่งกลไกชีวเคมี plausibly อาจอธิบายได้ สุดท้าย หลักฐานทดลองอยู่เพื่อตรวจสอบว่า ไม่ หรือไม่เกิดขึ้นหรือไม่ผลลัพธ์ประสิทธิภาพทางอุณหพลศาสตร์ลดลงจะส่งผลเพิ่มน้ำหนัก กฎของอุณหพลศาสตร์จะเงียบในการดำรงอยู่ของตัวแปรประสิทธิภาพทางอุณหพลศาสตร์ในกระบวนการเผาผลาญ ดังนั้นสำหรับความผันผวนดังกล่าวจะได้รับอนุญาต และสามารถเกี่ยวข้องกับความแตกต่างในน้ำหนักที่หายไป การดำรงอยู่ของตัวแปรประสิทธิภาพและประโยชน์จากการเผาผลาญจึงถาม empiric มีมากกว่าหนึ่งทฤษฎี ยืนยันจากการศึกษาทดลอง isocaloric มาก รอ meta-analysis ดำเนินอย่างถูกต้อง กลไกเป็นยังไม่รู้จัก ได้มีการนำเสนอกลไกที่เป็นไปได้ที่ระดับการเผาผลาญบทสรุปตัวแปรขอบเนื่องจากจัดการอาหารได้รับอนุญาต โดยกฎหมายที่มีอยู่จริง สนับสนุนข้อมูลมากทดลอง และอาจสมอธิบาย ด้วยกลไกที่เป็นไปได้พื้นหลังจำกัดคาร์โบไฮเดรตเป็นกลยุทธ์ทั่วไปสำหรับน้ำหนักยังคงได้รับความนิยม และโปรแกรมอรรถประโยชน์ และผลโดยทั่วไปจะป้องกันในระดับไขมันในเลือด และควบคุม glycemic ยังคงถูกแสดง น้อยในการทดลอง [1-4] เรื่องกระนั้นยังคงแย้ง เหล่านักวิจารณ์ซึ่งให้ประสิทธิภาพของอาหารคาร์โบไฮเดรตต่ำกระนั้นขอยืนยันว่า จะดำเนินการอย่างเคร่งครัด โดยแคลอริกจำกัด และมีลักษณะพิเศษไม่ลดคาร์โบไฮเดรต นอกเหนือจากข้อจำกัดของแคลอริก หลายการศึกษาได้แสดงเพิ่มน้ำหนักในอาหารคาร์โบไฮเดรตต่ำเมื่อเทียบกับอาหารลดไขมันต่ำ isocaloric ประโยชน์จากการเผาผลาญที่เรียกว่า (ดูตาราง 2) แม้ว่าจะมีการแสดงข้อผิดพลาดไม่ชัดเจนทดลอง นักวิจารณ์ยังรักษาว่า บางสิ่งบางอย่างจะถูกต้อง เพราะกฎของอุณหพลศาสตร์จะ violated [5] , "เป็นแคลอรี่มีแคลอรี่" [6] เราได้แสดง [2,7] ก่อนหน้านี้ที่ไม่ถูกต้อง และเป็นความตั้งใจของเราที่นี่เพื่อทบทวนฟิสิกส์พื้นฐานต้นปรากฏการณ์ของประโยชน์จากการเผาผลาญ เค้าอาจจะอธิบาย: สามารถเผาผลาญประโยชน์เกิดขึ้น ถ้าเป็นเช่นนั้น กลไกใดอาจบัญชีสำหรับปรากฏการณ์ดังกล่าวหรือไม่ ไม่ได้ จริง เกิดขึ้นตารางที่ 2 Isocaloric คาร์โบไฮเดรตต่ำ (ช่อ) เทียบกับสืบสวนคาร์โบไฮเดรตสูงประโยชน์จากการเผาผลาญ: สามารถเกิดขึ้นได้อย่างไรก่อนหน้านี้เราได้นำเสนออาร์กิวเมนต์ที่มีไม่ละเมิดหลักการทางกายภาพ [2,7] และ แดกดัน ที่แนะนำการเปลี่ยนแปลงในร่างกายโดยรวมจะขึ้นอยู่กับองค์ประกอบ macronutrient เองจะเป็นการละเมิดกฎหมายที่สองของอุณหพลศาสตร์ [7] ที่นี่ เรา reframe อาร์กิวเมนต์เหล่านี้ในทางตรงมากขึ้น pedagogically และเรามีตัวอย่างอย่างง่ายเข้าใจผิดที่ดำเนินการในนิพจน์ "แคลอรี่มีแคลอรี่"ดูเหมือนจะ เป็นเฉพาะการอ้างอิงถึงกฎหมายแรกของอุณหพลศาสตร์ ปัญหา ด้วยวิธีการทางทฤษฎีนี้คือ ว่า มันเป็นเพียงส่วนหนึ่งของฟิสิกส์ที่เกี่ยวข้องและความสัมพันธ์ของระบบอุบัติ กฎหมายแรกกล่าวว่า ในการแปลง พลังงานรวมในระบบสามารถจะลงบัญชี โดยความร้อนที่เพิ่มลงในระบบ งานที่ทำ โดยระบบในสภาพแวดล้อมและการเปลี่ยนแปลงในเนื้อหาพลังงานของส่วนประกอบทั้งหมดของระบบ จึงควรทำความเข้าใจ อย่างไรก็ตาม ว่า กฎหมายแรกไม่พูดอะไรการกระจายสัมพัทธ์ระหว่างลักษณะพิเศษเหล่านี้จะมีกระบวนการ ในความเป็นจริง กฎหมายแรกไม่ได้ให้เรากล่าวว่า กระบวนการจะเกิดขึ้นทั้งหมด เข้าใจความคืบหน้าของการเปลี่ยนแปลงทางกายภาพ ได้เข้าใจกฎหมายสองที่แนะนำเอนทิตีเป็นเอนโทรปี S วัดในกระบวนการทั้งหมด ในความจริงทั้งหมด (ให้) กระบวนการ การเพิ่มขึ้นของเอนโทรปี มักจะเขียน ΔS > 0 เครื่องหมายทั่วไปของเอนโทรปีเพิ่มขึ้นเป็นความร้อน แม้ว่าจะเป็นโดยไม่มีหลักฐานเฉพาะสำหรับเอนโทรปีเพิ่มขึ้นในระบบที่อุณหภูมิคงและความดัน (เช่นอุบัติระบบ)), มีรวมกฎหมาย และสองในนี้ของกิ๊บส์ ΔG ซึ่งแสดงถึงการทำงานเป็นประโยชน์สูงสุดสามารถดำเนินการตามกระบวนการ กระบวนการจริงอย่างไรก็ตาม โดยทั่วไปมาทำงานมีประโยชน์น้อยกว่าที่ได้รับอนุญาตจาก ΔG ครั้งแรกราคาว่างจาก inefficiency ในจับพลังงาน บัญชีที่เหมาะสมของเอนโทรปีและประสิทธิภาพต้องอยู่ถ้าเราจะเข้าใจการใช้ประโยชน์พลังงานในระบบชีวภาพ และชีวเคมีระบบชีวภาพและอุณหพลศาสตร์นอกจากนี้ยังเป็นสิ่งสำคัญในการสนทนาในระบบชีวภาพจะเข้าใจว่า จะเปิดระบบ เช่นพวกสารอาหารและออกซิเจน และขับถ่ายคาร์บอนไดออกไซด์ น้ำ ยูเรีย และอื่น ๆ เสีย รวมทั้งความร้อน มีความสำคัญเกี่ยวกับการพิจารณาน้ำหนักมวลและพลังงานใช้อยู่ (งบทั่วไปกฎหมายแรกของอุณหพลศาสตร์), แต่พวกเขามีอยู่ทั้งหมดภายในสิ่งมีชีวิตที่เพื่อแสดง ความเหมาะสมของกฎหมายแรกของอุณหพลศาสตร์พิจารณาหัวข้อที่มีค่าใช้จ่ายพลังงานที่พักเป็นไปตามตามการผลิตของไฝ 95 ของ ATP เนื่องจากการเกิดออกซิเดชันของโมลเดียวน้ำตาลกลูโคสมีไฝ 38 ของ ATP, 2.5 โมลของกลูโคสจะต้องตอบสนองนี้บุคคลของพักผ่อนความต้องการพลังงาน โปรดทราบว่า ผลแก่คาร์บอนไดออกไซด์ น้ำ และความร้อนจะไม่สะสมในสิ่งมีชีวิตที่ได้ ประโยชน์สะสมพลังงานเป็นไฝ 95 ของ ATP (รูปที่ 1B) (สามารถเขียนสมการคล้ายไขมันหรือโปรตีน แต่เราจำกัดการสนทนาของเรากับกลูโคสราย) รูปที่ 1 A:ออกซิเดชันของกลูโคสในแคลอรีมิเตอร์แบบสมบูรณ์ไม่ได้ ผลิตภัณฑ์ของการเกิดออกซิเดชันคาร์บอนไดออกไซด์และน้ำ และทั้งหมดของพลังงานที่ผลิตออกเป็นความร้อน 1B: เพื่อแสดงความเหมาะสมของกฎหมายแรกของอุณหพลศาสตร์ในชีวิต เราต้องพิจารณาว่า การอนุรักษ์สสารและพลังงานรวมถึงการขับถ่ายผลิตภัณฑ์ในสภาพแวดล้อมภายนอก ไม่มีการเกิดออกซิเดชัน (CO2 และ H2O) ผลิตภัณฑ์อยู่ภายในสิ่งมีชีวิตที่ มียอดดุล stoichiometric และไม่เปลี่ยนแปลงน้ำหนักสุทธิ เป็นสะสมเฉพาะ ATP แสดงพลังงานที่มีประโยชน์ ความร้อนเสียถือ 60% ของพลังงานของการเกิดออกซิเดชัน ในขณะที่ประสิทธิภาพแต่ ATP สะสม พร้อมใช้งานสำหรับปฏิกิริยาในสิ่งมีชีวิตที่ ร่างกายเก็บไขมันเป็น signified เป็นแท็ก (triacylglycerol) c. 1 เป็นวิธีคิดของการลดน้ำหนักทั่วไปจากการลดลงของการบริโภคแคลอริก เรื่องของเรา ingests 2.3 โมลของกลูโคส (หรือเทียบเท่าไขมัน หรือโปรตีน) และสร้างเพียง 90 โมลของ ATP ถ้าภาวะธำรงดุลจะสมัครร่างกายเก็บไขมัน (หรือแบบ lean มวลในร่างกาย) ให้ไฝ 5 นอกจากนี้ต้องใช้ ATP การเพิ่มเติมผลแก่ CO2 และ H2O (และความร้อน) จะ excreted (และ radiated) นำไปสู่การสูญเสียน้ำหนัก 1D: ประสิทธิภาพจะลดลง ถ้าเรื่องของเราจะต้องกินมากกว่า (เช่น 2.9 โมลของกลูโคส โปรตีนกับไขมัน) ผลิต 95 โมลของ ATP และยังคงอยู่ในน้ำหนักเดียวกัน CO2 และ H2O ที่ผลิตเพิ่มเติมจะ excreted ได้รักษาน้ำหนักคง 1E: ภายใต้เงื่อนไขของประสิทธิภาพการเผาผลาญลดลง (จาก 40% เป็นประมาณ 38% ในตัวอย่างนี้), 90 โมลของ ATP จะผลิตจากออกซิเดชันของโมล 2.5 กลูโคส (หรือไขมันโปรตีนเทียบเท่า) ไฝ 5 เหลือ ATP ที่จำเป็นสำหรับภาวะธำรงดุลต้องทำขึ้นจากออกซิเดชันของร่างกายไขมันหรือมวลแบบ lean ซึ่งผลในการลดน้ำหนัก เหมือนไม่เช่นบริโภคแคลอริกลดลง (รูปที่ 1C)ภาพประกอบข้างต้นสามารถเปรียบเทียบการเกิดออกซิเดชันของกลูโคสในแคลอรีมิเตอร์ที่ซึ่งได้รับพลังงานไม่มีประโยชน์ และพลังงานรวมของการเกิดออกซิเดชันจะวัดเป็นความร้อนที่ผลิต กระบวนการนี้จะไม่สมบูรณ์ ค่า (Atwater) แบบดั้งเดิมสำหรับกลูโคสที่ได้รับในแคลอรีมิเตอร์จะมีประมาณ 4 kilocalories พลังงานต่อกรัม (รูปที่ 1A) ตำแหน่ง ชีวิตข้าง metabolizes และ oxidizes กลูโคสดังกล่าวประมาณร้อยละ 40 ของพลังงานของการเกิดออกซิเดชันจะถูกเก็บเป็นประโยชน์ ATP (ไฝ 38 ต่อโมลของกลูโคส)) ในขณะที่ปล่อยหกเปอร์เซ็นต์ เป็นความร้อน inefficiency ในการออกซิเดชัน แสดงค่าเอนโทรปี (เช่นสองกฎหมายของอุณหพลศาสตร์) ใน inefficiency นี้ ความร้อนแคลอรีมิเตอร์สามารถแปลผลทางไม่ พลังงานที่เก็บไว้ใน ATP ประโยชน์แสดงถึงประสิทธิภาพของ 40% (neglecting ความแตกต่างของเอนโทรปีระหว่างโครงสร้างของผลิตภัณฑ์และ reactants) ค่านี้ approximates ประสิทธิภาพการเกิดออกซิเดชันของคาร์โบไฮเดรตรวมทั้งไขมัน ในขณะที่โปรตีนถูกออกซิไดซ์โดยทั่วไปที่ค่าต่ำประมาณ 30-35% (รูปที่ 1B)สรุปของอุณหพลศาสตร์ในสิ่งมีชีวิต1. กฎหมายที่สองของอุณหพลศาสตร์บอกว่า มี inefficiency เผาผลาญที่หลีกเลี่ยงไม่ได้ในกระบวนการชีวภาพ และชีวเคมีที่ทั้งหมดด้วยความร้อนและเอนโทรปีสูงโมเลกุล (คาร์บอนไดออกไซด์ น้ำ ยูเรีย) เป็นผลิตภัณฑ์พบมากที่สุด2. กฎหมายแรกของอุณหพลศาสตร์จะพอใจในชีวิต (เปิด) excreted ระบบ โดยบัญชีอย่างถูกต้องสำหรับมวล และความร้อน radiated และส่งออกในโมเลกุลเอนโทรปีสูงการสูญเสียน้ำหนักเนื่องจากบริโภคลดแคลอริกตัวอย่างทั่วไปของการลดน้ำหนักคือ ลดการบริโภคแคลอริก เสี่ยงต่อ oversimplification ถ้าเรื่องของเรา ingests น้อยกว่า 2.5 โมลของกลูโคส

ผลลัพธ์ (ไทย) 3:

อุณหพลศาสตร์ของการสูญเสียน้ำหนักอาหาร




มันเป็นนามธรรมพื้นหลังโดยทั่วไปถือกันว่า“แคลอรี่เป็นแคลอรี่ " เช่นว่า อาหารของปริมาณแคลอรี่เท่ากัน จะมีผลในการเปลี่ยนแปลงน้ำหนักขององค์ประกอบอิสระเหมือนกัน อาหาร และการอุทธรณ์ เป็น บ่อย ทำให้กฎหมายของอุณหพลศาสตร์ .เราได้เคยแสดงอุณหพลศาสตร์ไม่สนับสนุนเช่นมุมมองที่แตกต่างกันของอาหารและปริมาณอาหารอาจจะคาดว่าจะก่อให้เกิดการเปลี่ยนแปลงต่างๆ ในร่างกายโดยรวม . อาหารคาร์โบไฮเดรตต่ำโดยเฉพาะอ้างว่า " เผาผลาญประโยชน์ " หมายถึงน้ำหนักมากขึ้นกว่าในอาหารการสูญเสียวัตถุดิบปริมาณคาร์โบไฮเดรตสูง ในการตรวจสอบนี้ ให้อาจารย์ชัดเจนเรา reframe อภิปรายทางทฤษฎีเพื่อเชื่อมโยงโดยตรงกับทางอุณหพลศาสตร์ประสิทธิภาพน้ำหนักเปลี่ยนแปลง ปัญหาในร่างสลาย : เป็นประโยชน์ที่เป็นไปได้ในทางทฤษฎี ? ถ้าเป็นเช่นนั้นสิ่งที่กลไกทางชีวเคมีที่อาจฟังขึ้นอธิบายมันได้หรือไม่ ในที่สุดสิ่งที่หลักฐานการทดลองที่มีอยู่เพื่อตรวจสอบว่ามันมีหรือจะไม่เกิดขึ้น ?

ผลลดประสิทธิภาพกฎข้อที่จะส่งผลในการเพิ่มน้ำหนักการสูญเสีย กฎหมายของอุณหพลศาสตร์จะเงียบในการดำรงอยู่ของประสิทธิภาพ thermodynamic ตัวแปรในกระบวนการเผาผลาญ ดังนั้นการได้รับอนุญาตดังกล่าว และสามารถเกี่ยวข้องกับความแตกต่างในน้ำหนักที่สูญเสียไปมีอยู่ประสิทธิภาพ ตัวแปร และเผาผลาญประโยชน์ดังนั้นจึงเป็นคำถามเชิงประจักษ์มากกว่าทฤษฎีได้รับการยืนยันโดยการศึกษาทดลองทดลองหลายพิจารณาอย่างถูกต้อง ดำเนินการอภิมาน กลไกที่ยังไม่ทราบ แต่กลไกที่เป็นไปได้ในระดับการเผาผลาญ

สรุปเสนอตัวแปรอุณหพลศาสตร์ประสิทธิภาพเนื่องจากการปรับเปลี่ยนอาหารที่ได้รับอนุญาตตามกฎหมายทางกายภาพ , การสนับสนุนจากข้อมูลการทดลองที่ไม่มาก และอาจจะอธิบายได้ด้วยกลไกที่เหมาะสมเป็นไปได้ หลัง

ข้อ จำกัด คาร์โบไฮเดรตเป็นกลยุทธ์ทั่วไปสำหรับการสูญเสียน้ำหนักที่ยังคงได้รับความนิยม และสาธารณูปโภค และโดยทั่วไป ป้องกันไขมันในเลือดและผลในการควบคุมระดับน้ำตาลยังคงต้องแสดงอย่างน้อยในการตั้งค่าการทดลอง [ 1-4 ] เรื่อง กระนั้นยังคงแย้งบรรดานักวิจารณ์ที่ให้ประสิทธิภาพของอาหารคาร์โบไฮเดรตต่ำ อย่างไรก็ตามยืนยันว่าพวกเขาทำอย่างเคร่งครัด โดยการจำกัดแคลอรี่และไม่มีลักษณะพิเศษของการลดคาร์โบไฮเดรต นอกเหนือจากพลังงาน จำกัด , การศึกษาหลายแห่งได้แสดงเพิ่มการสูญเสียน้ำหนักในอาหารคาร์โบไฮเดรตต่ำเมื่อเทียบกับวัตถุดิบอาหารที่มีไขมันต่ำ ประโยชน์การเผาผลาญอาหารที่เรียกว่า ( ดูตารางที่ 2 )แม้ว่ายังไม่มีการทดลองผิดพลาดได้แสดง นักวิจารณ์ยังคงรักษาบางสิ่งบางอย่างที่ไม่ถูกต้อง เพราะกฎหมายของอุณหพลศาสตร์จะถูกละเมิด [ 5 ] , " แคลอรี่เป็นแคลอรี่ " [ 6 ] เราเคยแสดง [ 2,7 ] ที่ไม่ถูกต้อง และเป็นเจตนาของเราที่นี่เพื่อทบทวนพื้นฐานฟิสิกส์ ภายใต้ปรากฏการณ์ของการเผาผลาญอาหารให้เป็นประโยชน์ร่างที่อาจจะอธิบายเกี่ยวกับประโยชน์สามารถเกิดขึ้นได้ ถ้าเป็นเช่นนั้นสิ่งที่กลไกอาจบัญชีสำหรับเช่นปรากฏการณ์ มัน ในความเป็นจริง เกิดขึ้น ?
โต๊ะ 2 คือคาร์โบไฮเดรตต่ำ ( โช ) และสูงกว่าการสลายคาร์โบไฮเดรต
ประโยชน์ : มันสามารถเกิดขึ้นได้
เราได้เคยนำเสนออาร์กิวเมนต์ที่ไม่มีการละเมิดหลักการทางกายภาพ 2,7 [ ] และกระแทกแดกดันที่แนะนำการเปลี่ยนแปลงในร่างกายมวลเป็นอิสระของอาหารองค์ประกอบจะตัวเองจะเป็นการฝ่าฝืนกฎหมายที่สองของอุณหพลศาสตร์ [ 7 ] ที่นี่เรา reframe อาร์กิวเมนต์เหล่านี้ในวิธีการโดยตรงมากขึ้น pedagogically
และเราให้ตัวอย่างง่ายๆความเข้าใจผิดที่ยังคงที่จะทำซ้ำในการแสดงออก " แคลอรี่เป็นแคลอรี่ " ดูเหมือนจะพิเศษอ้างอิงถึงกฎข้อที่หนึ่งของอุณหพลศาสตร์ . ความยากง่ายด้วยวิธีการทางทฤษฎีนี้ก็คือว่ามันเป็นเพียงส่วนหนึ่งของฟิสิกส์ที่เกี่ยวข้อง และความสัมพันธ์ของระบบทางชีววิทยา .ข้อแรก กล่าวว่าในการเปลี่ยนแปลงพลังงานรวมในระบบสามารถคิดโดยความร้อน เพิ่มระบบ งานที่ทำโดยระบบในสภาพแวดล้อมและการเปลี่ยนแปลงในพลังงานที่ได้จากส่วนประกอบทั้งหมดของระบบ มันเป็นสิ่งสำคัญที่จะเข้าใจ อย่างไรก็ตาม กฎหมายแรกไม่ได้พูดสิ่งที่การกระจายสัมพัทธ์ระหว่างผลกระทบเหล่านี้จะดำเนินการใด ๆในความเป็นจริงกฎหมายแรกไม่ได้ช่วยให้เราสามารถพูดได้ว่ากระบวนการที่เกิดขึ้นทั้งหมด เข้าใจถึงความคืบหน้าของการเปลี่ยนแปลงทางกายภาพมันเป็นสิ่งจำเป็นที่จะเข้าใจสองกฎหมายที่แนะนำองค์กรที่รู้จักกันเป็นค่าของการวัดความผิดปกติในกระบวนการทั้งหมด ในจริงทั้งหมด ( กลับไม่ได้ ) กระบวนการเพิ่มเอนโทรปี มักจะเขียนΔ S > 0เครื่องหมายที่พบบ่อยที่สุดของเอนโทรปีเพิ่มความร้อน ถึงแม้ว่ามันไม่มีทางได้หลักฐานเพิ่มเอนโทรปี .
ในระบบที่อุณหภูมิและความดันคงที่ ( เช่นระบบทางชีววิทยา ) , กฎข้อที่หนึ่งและจะรวมกันในเสรีพลังงาน Δกรัม ซึ่งแสดงถึงประโยชน์สูงสุดที่สามารถแสดง โดยกระบวนการ กระบวนการที่เกิดขึ้นจริง อย่างไรก็ตามโดยทั่วไปมาจากการทำงานที่เป็นประโยชน์น้อยกว่าได้รับอนุญาตตามทฤษฎีของΔ G เนื่องจากประสิทธิภาพในการจับพลังงาน เป็นบัญชีที่เหมาะสมของเอนโทรปีและประสิทธิภาพจะต้องรวมถ้าเราเข้าใจการใช้พลังงานในระบบชีวภาพและชีวเคมีและชีววิทยา
.
ระบบอุณหพลศาสตร์ยังเป็นสิ่งสำคัญในการอภิปรายของระบบชีวภาพ ที่จะเข้าใจพวกเขาเป็นระบบเปิด คือ พวกเขาใช้เวลาในสารอาหารและออกซิเจนและขับคาร์บอนไดออกไซด์ น้ำ ยูเรีย และผลิตภัณฑ์อื่น ๆเสีย เช่นเดียวกับความร้อน ความสำคัญเกี่ยวกับการพิจารณาน้ำหนักที่มวลและพลังงานอนุรักษ์ ( งบทั่วไปของกฎข้อที่หนึ่งของอุณหพลศาสตร์ )แต่พวกเขาจะไม่เพื่อทั้งหมดภายในสิ่งมีชีวิต .
ถึงตีความที่เหมาะสมของกฎข้อที่หนึ่งของอุณหพลศาสตร์พิจารณาเรื่องที่พัก การใช้พลังงานจะพบโดยการผลิต 95 ไฝ ATP . เนื่องจากปฏิกิริยาออกซิเดชันของกลูโคสมีไฝไฝเดียว 38 ATP 2.5 โมลกลูโคสจะต้องเจอคนๆนี้พักผ่อนความต้องการพลังงานมันเป็นสิ่งสำคัญที่จะทราบว่าเป็นผลของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ น้ำ และความร้อนไม่สะสมในสิ่งมีชีวิต . ประโยชน์สะสมพลังงานใน 95 ไฝของเอทีพี ( รูปที่ 1A ) ( สมการที่คล้ายกันอาจจะเขียนไขมัน หรือโปรตีน แต่เราจำกัดการสนทนาของเรากับกลูโคสสำหรับความเรียบง่าย )
1 รูป A : ออกซิเดชันของกลูโคสในแคลอรีมิเตอร์ได้อย่างไม่มีประสิทธิภาพผลิตภัณฑ์ของออกซิเจน คาร์บอนไดออกไซด์ และน้ำ และทั้งหมดของพลังงานที่ผลิตออกมา เช่น ความร้อน 1B : แสดงให้เห็นถึงการตีความที่เหมาะสมของกฎข้อที่หนึ่งของอุณหพลศาสตร์ในสิ่งมีชีวิต เราต้องพิจารณาว่า การอนุรักษ์สสารและพลังงาน รวมถึงการขับถ่ายของผลิตภัณฑ์สู่สิ่งแวดล้อมภายนอกไม่มีผลิตภัณฑ์ของปฏิกิริยาออกซิเดชัน ( CO2 และ H2O ) ยังคงอยู่ภายในชีวิต มีอัตราส่วนไม่สมดุลและน้ำหนักรวมเปลี่ยน เพียง เอทีพี แทนพลังงานที่เป็นประโยชน์ จะยังคงอยู่ การเสียความร้อนถือ 60% ของพลังงานของปฏิกิริยา ในขณะที่ประสิทธิภาพที่สะท้อนอยู่ในสะสม ATP ที่มีอยู่สำหรับปฏิกิริยาในสิ่งมีชีวิต .เก็บไขมันในร่างกายเป็น signified เป็นแท็ก ( triacylglycerol ) 1c วิธีการทั่วไปของการคิดของการสูญเสียน้ำหนักจากการลดลงของการบริโภคแคลอริก . ถ้าประธานของเรา ingests 2.3 โมลกลูโคส ( หรือเทียบเท่า และ / หรือ โปรตีน ไขมัน ) และผลิตเพียง 90 ไฝของเอทีพี แล้วสมดุลจะสมัครร้านค้าของร่างกายไขมันและ / หรือมวลร่างกาย ) ให้ผลผลิตเพิ่มเป็น 5 โมลเอทีพี .เพิ่มค่า CO2 และ H2O ( และความร้อน ) จะถูกขับออกมา ( และรังสี ) ที่นำไปสู่การสูญเสียน้ำหนัก 1 ดี : ถ้าประสิทธิภาพจะลดลงแล้ว วิชาของเราจะต้องกินอีก ( เช่น 2.9 โมลกลูโคส หรือเทียบเท่า / โปรตีน ไขมัน ) เพื่อผลิต 95 ไฝของเอทีพี และยังคงอยู่ที่น้ำหนักเดียวกัน การเพิ่ม CO2 และ H2O ที่ผลิตจะถูกรักษาน้ำหนักให้คงที่ 1e :ภายใต้เงื่อนไขของประสิทธิภาพลดลงการเผาผลาญอาหาร ( จาก 40% เป็นประมาณ 38 % ในตัวอย่างนี้ ) , 90 ไฝของ ATP จะถูกผลิตจากปฏิกิริยาออกซิเดชันของไฝ 2.5 กลูโคส ( หรือเทียบเท่าโปรตีน / ไขมัน ) ส่วนที่เหลือ 5 โมล เอทีพี ที่จำเป็นสำหรับการสมดุลต้องถูกสร้างขึ้นจากปฏิกิริยาของร่างกายร้านค้า ของไขมัน หรือมวล . นี้ส่งผลในการสูญเสียน้ำหนักเหมือนมันตัวอย่างเช่น ลดการบริโภคแคลอริก ( รูป 1C ) .
ภาพประกอบข้างต้นสามารถเปรียบเทียบการออกซิเดชันของกลูโคสในวัดความร้อนที่ไม่มีพลังงานที่มีประโยชน์ได้ และพลังงานรวมของปฏิกิริยาออกซิเดชันคือวัด เพราะความร้อนที่ผลิต กระบวนการนี้จะสมบูรณ์ผลประเพณี ( Atwater ) ค่ากลูโคสได้ในประมาณ 4 กิโลแคลอริมิเตอร์คือพลังงานต่อกรัม ( รูปที่ 1A ) ในทางกลับกัน ชีวิตที่เหนือ เผาผลาญกลูโคสและให้ oxidizes ประมาณสี่สิบเปอร์เซ็นต์ของพลังงานของปฏิกิริยาออกซิเดชัน เก็บไว้เป็นประโยชน์เอทีพี ( 38 โมลต่อโมลของกลูโคส ) ในขณะที่ร้อยละหกสิบ คือที่ปล่อยความร้อนประสิทธิภาพในโหมดนี้ของการเกิดออกซิเดชัน เอนโทรปี ( คือกฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์ ) แสดงขึ้นในความนี้ ส่วนวัดความร้อนความร้อนไม่อาจตีความในทางที่ง่าย พลังงานที่ถูกเก็บไว้ในที่มีประโยชน์ เอทีพี แสดงถึงประสิทธิภาพของ 40 % ( แต่ความแตกต่างในค่าระหว่างโครงสร้างของผลิตภัณฑ์และสารตั้งต้น )ค่านี้มีประสิทธิภาพสำหรับออกซิเดชันของคาร์โบไฮเดรตเป็นไขมัน และโปรตีนโดยทั่วไปจะออกซิไดซ์ที่มูลค่าลดลงประมาณ 30 - 35 % ( รูปที่ 1A ) .
สรุปอุณหพลศาสตร์ในสิ่งมีชีวิต
1กฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์ซึ่งมีประสิทธิภาพการเผาผลาญอาหารที่หลีกเลี่ยงไม่ได้ในกระบวนการทางชีวภาพและชีวเคมีที่มีความร้อนสูงและโมเลกุลเอนโทรปี ( คาร์บอนไดออกไซด์ , น้ำ , ยูเรีย ) เป็นผลิตภัณฑ์ที่พบบ่อยที่สุด .
2กฎข้อที่หนึ่งของอุณหพลศาสตร์คือพอใจในชีวิต ( เปิด ) ระบบบัญชีโดยถูกต้องสำหรับมวลและความร้อนที่แผ่ออกมา และส่งออกในโมเลกุลของเอนโทรปีสูง
การสูญเสียน้ำหนักเนื่องจากการลดลงของการบริโภคแคลอริก
ตัวอย่างที่พบมากที่สุดของการสูญเสียน้ำหนักคือการลดแคลอรี่การบริโภค ความเสี่ยง oversimplification ถ้าหัวข้อของเรา ingests น้อยกว่า 2.5 ไฝของกลูโคส